DCS控制系統(tǒng)在原油穩(wěn)定壓縮機中的應用
摘 要：文章介紹了DCS系統(tǒng)在壓縮機裝置的應用，包括DCS系統(tǒng)特點，自控改造方案，設備儀表選型，報警措施等。
關 鍵 詞：壓縮機 DCS控制系統(tǒng) 報警設定器 組態(tài)
Abstract: This paper introduces the application of DCS in compressors, contains the characteristic of DCS system, the plan of automatic controlled system’s transform, the selection of type, the measure of alarm.
Key words:compressor; DCS controlled system; the process control experts; configuration
1、引言
原油穩(wěn)定壓縮機是油氣集輸系統(tǒng)生產(chǎn)中原油穩(wěn)定、油氣處理的重要設備, 該裝置工藝流程復雜，生產(chǎn)過程易燃易爆，同時對生產(chǎn)參數(shù)的控制要求嚴格。油氣集輸系統(tǒng)中的聯(lián)合站大都利用壓縮機作為原油穩(wěn)定、油氣處理的裝置。
目前壓縮機控制儀表全部是電-Ⅱ型儀表，為220V供電，防爆等級低，無數(shù)據(jù)遠傳功能；大多數(shù)參數(shù)調節(jié)靠人為手動，或者靠簡單的儀表進行監(jiān)測;儀表的故障率較高，控制效率低;生產(chǎn)出現(xiàn)故障時，也不容易查找事故原因，造成了生產(chǎn)、安全等諸多不穩(wěn)定的因素;同時又不能對生產(chǎn)參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)進行儲存，不便于生產(chǎn)管理，嚴重限制了壓縮機裝置自動化技術的進一步提高,成了阻礙該裝置自動化改造的瓶頸.為了克服以上毛病，提高壓縮機自動運行的能力，達到提前預警的目的，同時確保原油的產(chǎn)量和質量，提高原油的外輸率，應用DCS作為新的控制系統(tǒng)對該裝置進行改造勢在必行。
2、總體方案設計
2.1、總體方案簡介
壓縮機裝置有30多個重要的生產(chǎn)參數(shù)，各生產(chǎn)參數(shù)相互牽制與影響。該裝置對生產(chǎn)參數(shù)的要求較高，具體要求如下：進氣壓力<-0.05Mpa，排氣壓力>0.35Mpa，排氣溫度>85℃，機油壓力<0.25Mpa，機油溫度>65℃，必須進行聲光報警，提醒操作人員及時處理，確保生產(chǎn)的安全；如果排氣壓力>0.45Mpa，排氣溫度>95℃，機油壓力<0.15Mpa，機油溫度>70℃，必須進行停機處理。將壓縮機的生產(chǎn)參數(shù)如溫度、壓力等分為兩路輸入控制系統(tǒng)：一路引入報警設定器，報警設定器根據(jù)內部的參數(shù)設定的報警值，檢測生產(chǎn)參數(shù)，如果生產(chǎn)參數(shù)異常，則發(fā)出故障報警信號，停止壓縮機，保障設備、生產(chǎn)的安全；另一路引入DCS系統(tǒng)，進行參數(shù)的常規(guī)顯示和流程畫面，在發(fā)生故障或壓縮機停機時，進行聲光報警，提示操作人員，有效防止誤操作，緊急排除險情。該系統(tǒng)提供歷史數(shù)據(jù)瀏覽查詢功能，可以對歷史數(shù)據(jù)進行跟蹤查詢，為分析故障原因提供方便。整套系統(tǒng)相輔相成，界面友好直觀，操作方便，既節(jié)省了人力資源，又提高了工作效率。
2.2控制系統(tǒng)的技術簡介
具有代表性的是FOCS系統(tǒng)和MACS系統(tǒng)，這兩種控制系統(tǒng)都具有開放的體系結構，可提供多層的開放數(shù)據(jù)接口，具備強大的處理功能，提供了方便的組態(tài)；支持多種現(xiàn)場標準，可以適應未來的擴展需要；并且系統(tǒng)可靠性高，維修方便。系統(tǒng)的冗余、容錯、自診斷能力較強，技術支持能力也比較強大。不管在功能，還是在穩(wěn)定性和實用性等方面都滿足了該裝置自控的需要。
1、控制系統(tǒng)的優(yōu)越性：
投資少，供貨周期短，備品備件有保障。
控制水平更加多樣化，可以滿足多復雜控制方案的實現(xiàn)。
有利于集中控制，減少了系統(tǒng)維護量及相關備品備件的更換。
系統(tǒng)采用冗余，大大增加了系統(tǒng)的安全可靠性。
充分利用計算機的優(yōu)越性，對現(xiàn)場儀表進行故障診斷和在線調整
減少了裝置操作人員和維護人員的勞動強度，減員增效。
2、控制系統(tǒng)的技術新特點
a、系統(tǒng)是以微處理器為基礎的智能分散結構，軟硬件的緊密結合使系統(tǒng)能力充分發(fā)揮。
b、控制器采用冗余配置，具有高度的可靠性，系統(tǒng)內任何一個組件發(fā)生故障，均不會影響整個系統(tǒng)的工作。
c、底層連接的網(wǎng)絡化、I/O模塊的全智能化，熱備份的冗余技術，可靠的帶電拔插的技術特征。
d、組態(tài)軟件功能具有標準的SFC、FBD、LD、ST、FM 5種組態(tài)工具，圖形工具里有豐富的圖形庫，很快就能繪出界面友好的流程圖。
e、系統(tǒng)網(wǎng)絡為100M冗余快速以太網(wǎng)，極大加速 了網(wǎng)絡速度，對將來的擴容和改造留下了充分的余地。
f、采用完全開放的、先進的軟硬件技術，結構靈活、安全便利、維護簡單。
3、系統(tǒng)組態(tài)及人機交互界面
組態(tài)軟件為和利時的DCS系統(tǒng)FOCS或MACS，軟件平臺為中文WIN2000，配置數(shù)據(jù)交換網(wǎng)卡，將數(shù)據(jù)發(fā)布到MIS網(wǎng)上，實現(xiàn)壓縮機生產(chǎn)參數(shù)的共享；在其它崗位或辦公室的計算機上配置實時信息采集軟件，可以了解壓縮機的參數(shù)和運行情況。組態(tài)軟件主要包括五個子系統(tǒng)：系統(tǒng)配置、數(shù)據(jù)庫生系統(tǒng)、控制方案生成、圖形生成、報表生成。另外還有歷史庫生成和共享庫生成。控制系統(tǒng)通過下位機組態(tài)軟件編輯程序，控制壓縮機運行；上位機組態(tài)軟件編輯流程圖畫面，供人機對話。壓縮機根據(jù)程序運行，實現(xiàn)報警聯(lián)鎖，一旦發(fā)生報警，計算機界面將彈出報警畫面，提醒操作人員對生產(chǎn)情況及時處理，保障生產(chǎn)的安全運行。控制系統(tǒng)的主要功能：數(shù)據(jù)采集及處理，流程操作控制及監(jiān)督管理，操作畫面顯示及報警顯示，歷史數(shù)據(jù)儲存功能，設備和狀態(tài)監(jiān)視，程序控制，報表打印，執(zhí)行緊急關斷邏輯。
2.3、控制系統(tǒng)和儀表的選型
為保證壓縮機連續(xù)、高效、可靠的運行，選用北京和利時股份有限公司開發(fā)的DCS系統(tǒng)作為控制系統(tǒng)，由于壓縮機裝置運行起來振動相對較大，并且對溫度、壓力的要求較高，因此，儀表選用抗振性能較好的產(chǎn)品鎧裝一體化溫度變送器和壓力變送器，用進口的報警設定器與繼電器的結合來控制壓縮機的啟停，同時將報警信號引入計算機控制系統(tǒng)，及時進行聲光報警和報警彈圖。
報警設定器選用美國的多路輸出報警輸出控制器，該設備運行可靠，維護量小，運行時間長。
3、控制系統(tǒng)硬件設計
3.1、硬件配置
壓縮機裝置的控制系統(tǒng)主要組成部分：2臺服務器（又叫控制站，冗余配置），2臺操作員站（其中一套兼做工程師站），現(xiàn)場控制站，通訊站，1臺打印機。
系統(tǒng)的網(wǎng)絡拓圖見下圖：
3.2、報警設定器
這是本次壓縮機自動化改造的成功之處。報警設定器選用美國的多路輸出報警控制器，該設備采用最新的數(shù)字技術和微處理器對現(xiàn)場來的信號進行報警，有單通道和雙通道兩種形式，同時可輸出模擬信號。報警設定器面板上有自診斷指示和輸出指示燈，隨時監(jiān)視每個通道的工作狀態(tài)。該設備模塊化設計，運行可靠，維護量小。
壓縮機的連鎖停機控制很重要，用報警設定器代替原有電氣控制柜電-Ⅱ型儀表，改為低電壓（24V）控制，在新的電氣控制柜中增加24V繼電器，控制壓縮機的運行；利用報警設定器的模擬輸出既保證信號的采集，又能完成壓縮機的報警保護。在正常情況下，一旦壓縮機運行，就不要求停機。報警設定器可解決在計算機出現(xiàn)故障或需要維護系統(tǒng)時，不停機控制壓縮機的運行。這樣即使在自控系統(tǒng)或計算機停止運行時，壓縮機也能正常運行，減少了壓縮機停機時間。
報警設定控制回路圖如下：
4、系統(tǒng)的應用效果與分析
河口采油廠聯(lián)合站，如首站、大北站的壓縮機控制采用DCS改造后，壓縮機運行穩(wěn)定，工人勞動強度低，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)實時采集、許算和統(tǒng)計，大大提高了壓縮機故障處理的及時性、準確性，提高了工作效率和管理水平。同時壓縮機DCS自成系統(tǒng)，及可以單獨控制，又可以連在聯(lián)合站的大系統(tǒng)中，為聯(lián)合站的自動化改造提供了可靠基礎。
5、結束語
壓縮機裝置對原油資源的高效處理，既節(jié)約了資源，又最大限度地減少了對大氣環(huán)境的污染，做到了社會效益、經(jīng)濟效益、環(huán)境效益三效益的協(xié)調統(tǒng)一。采用DCS集散控制系統(tǒng)后，隨著產(chǎn)品質量的提高，極大地拓展了企業(yè)的盈利空間，進一步增強了企業(yè)的市場競爭能力，促進了企業(yè)在技術與管理方面走上一個嶄新的高度。 DCS控制系統(tǒng)的優(yōu)勢，在于可以靈活簡便的實現(xiàn)多種控制方案，DCS系統(tǒng)在壓縮機生產(chǎn)過程中的應用，是油田穩(wěn)定系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。隨著自動化技術的不斷發(fā)展和完善，成本大幅度下降，可靠性不斷提高，壓縮機采用DCS控制系統(tǒng)控制，就可實現(xiàn)生產(chǎn)過程中的快速、準確、平穩(wěn)和可靠的操作，達到提高效率，節(jié)約能源的目的。
關 鍵 詞：壓縮機 DCS控制系統(tǒng) 報警設定器 組態(tài)
Abstract: This paper introduces the application of DCS in compressors, contains the characteristic of DCS system, the plan of automatic controlled system’s transform, the selection of type, the measure of alarm.
Key words:compressor; DCS controlled system; the process control experts; configuration
1、引言
原油穩(wěn)定壓縮機是油氣集輸系統(tǒng)生產(chǎn)中原油穩(wěn)定、油氣處理的重要設備, 該裝置工藝流程復雜，生產(chǎn)過程易燃易爆，同時對生產(chǎn)參數(shù)的控制要求嚴格。油氣集輸系統(tǒng)中的聯(lián)合站大都利用壓縮機作為原油穩(wěn)定、油氣處理的裝置。
目前壓縮機控制儀表全部是電-Ⅱ型儀表，為220V供電，防爆等級低，無數(shù)據(jù)遠傳功能；大多數(shù)參數(shù)調節(jié)靠人為手動，或者靠簡單的儀表進行監(jiān)測;儀表的故障率較高，控制效率低;生產(chǎn)出現(xiàn)故障時，也不容易查找事故原因，造成了生產(chǎn)、安全等諸多不穩(wěn)定的因素;同時又不能對生產(chǎn)參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)進行儲存，不便于生產(chǎn)管理，嚴重限制了壓縮機裝置自動化技術的進一步提高,成了阻礙該裝置自動化改造的瓶頸.為了克服以上毛病，提高壓縮機自動運行的能力，達到提前預警的目的，同時確保原油的產(chǎn)量和質量，提高原油的外輸率，應用DCS作為新的控制系統(tǒng)對該裝置進行改造勢在必行。
2、總體方案設計
2.1、總體方案簡介
壓縮機裝置有30多個重要的生產(chǎn)參數(shù)，各生產(chǎn)參數(shù)相互牽制與影響。該裝置對生產(chǎn)參數(shù)的要求較高，具體要求如下：進氣壓力<-0.05Mpa，排氣壓力>0.35Mpa，排氣溫度>85℃，機油壓力<0.25Mpa，機油溫度>65℃，必須進行聲光報警，提醒操作人員及時處理，確保生產(chǎn)的安全；如果排氣壓力>0.45Mpa，排氣溫度>95℃，機油壓力<0.15Mpa，機油溫度>70℃，必須進行停機處理。將壓縮機的生產(chǎn)參數(shù)如溫度、壓力等分為兩路輸入控制系統(tǒng)：一路引入報警設定器，報警設定器根據(jù)內部的參數(shù)設定的報警值，檢測生產(chǎn)參數(shù)，如果生產(chǎn)參數(shù)異常，則發(fā)出故障報警信號，停止壓縮機，保障設備、生產(chǎn)的安全；另一路引入DCS系統(tǒng)，進行參數(shù)的常規(guī)顯示和流程畫面，在發(fā)生故障或壓縮機停機時，進行聲光報警，提示操作人員，有效防止誤操作，緊急排除險情。該系統(tǒng)提供歷史數(shù)據(jù)瀏覽查詢功能，可以對歷史數(shù)據(jù)進行跟蹤查詢，為分析故障原因提供方便。整套系統(tǒng)相輔相成，界面友好直觀，操作方便，既節(jié)省了人力資源，又提高了工作效率。
2.2控制系統(tǒng)的技術簡介
具有代表性的是FOCS系統(tǒng)和MACS系統(tǒng)，這兩種控制系統(tǒng)都具有開放的體系結構，可提供多層的開放數(shù)據(jù)接口，具備強大的處理功能，提供了方便的組態(tài)；支持多種現(xiàn)場標準，可以適應未來的擴展需要；并且系統(tǒng)可靠性高，維修方便。系統(tǒng)的冗余、容錯、自診斷能力較強，技術支持能力也比較強大。不管在功能，還是在穩(wěn)定性和實用性等方面都滿足了該裝置自控的需要。
1、控制系統(tǒng)的優(yōu)越性：
投資少，供貨周期短，備品備件有保障。
控制水平更加多樣化，可以滿足多復雜控制方案的實現(xiàn)。
有利于集中控制，減少了系統(tǒng)維護量及相關備品備件的更換。
系統(tǒng)采用冗余，大大增加了系統(tǒng)的安全可靠性。
充分利用計算機的優(yōu)越性，對現(xiàn)場儀表進行故障診斷和在線調整
減少了裝置操作人員和維護人員的勞動強度，減員增效。
2、控制系統(tǒng)的技術新特點
a、系統(tǒng)是以微處理器為基礎的智能分散結構，軟硬件的緊密結合使系統(tǒng)能力充分發(fā)揮。
b、控制器采用冗余配置，具有高度的可靠性，系統(tǒng)內任何一個組件發(fā)生故障，均不會影響整個系統(tǒng)的工作。
c、底層連接的網(wǎng)絡化、I/O模塊的全智能化，熱備份的冗余技術，可靠的帶電拔插的技術特征。
d、組態(tài)軟件功能具有標準的SFC、FBD、LD、ST、FM 5種組態(tài)工具，圖形工具里有豐富的圖形庫，很快就能繪出界面友好的流程圖。
e、系統(tǒng)網(wǎng)絡為100M冗余快速以太網(wǎng)，極大加速 了網(wǎng)絡速度，對將來的擴容和改造留下了充分的余地。
f、采用完全開放的、先進的軟硬件技術，結構靈活、安全便利、維護簡單。
3、系統(tǒng)組態(tài)及人機交互界面
組態(tài)軟件為和利時的DCS系統(tǒng)FOCS或MACS，軟件平臺為中文WIN2000，配置數(shù)據(jù)交換網(wǎng)卡，將數(shù)據(jù)發(fā)布到MIS網(wǎng)上，實現(xiàn)壓縮機生產(chǎn)參數(shù)的共享；在其它崗位或辦公室的計算機上配置實時信息采集軟件，可以了解壓縮機的參數(shù)和運行情況。組態(tài)軟件主要包括五個子系統(tǒng)：系統(tǒng)配置、數(shù)據(jù)庫生系統(tǒng)、控制方案生成、圖形生成、報表生成。另外還有歷史庫生成和共享庫生成。控制系統(tǒng)通過下位機組態(tài)軟件編輯程序，控制壓縮機運行；上位機組態(tài)軟件編輯流程圖畫面，供人機對話。壓縮機根據(jù)程序運行，實現(xiàn)報警聯(lián)鎖，一旦發(fā)生報警，計算機界面將彈出報警畫面，提醒操作人員對生產(chǎn)情況及時處理，保障生產(chǎn)的安全運行。控制系統(tǒng)的主要功能：數(shù)據(jù)采集及處理，流程操作控制及監(jiān)督管理，操作畫面顯示及報警顯示，歷史數(shù)據(jù)儲存功能，設備和狀態(tài)監(jiān)視，程序控制，報表打印，執(zhí)行緊急關斷邏輯。
2.3、控制系統(tǒng)和儀表的選型
為保證壓縮機連續(xù)、高效、可靠的運行，選用北京和利時股份有限公司開發(fā)的DCS系統(tǒng)作為控制系統(tǒng)，由于壓縮機裝置運行起來振動相對較大，并且對溫度、壓力的要求較高，因此，儀表選用抗振性能較好的產(chǎn)品鎧裝一體化溫度變送器和壓力變送器，用進口的報警設定器與繼電器的結合來控制壓縮機的啟停，同時將報警信號引入計算機控制系統(tǒng)，及時進行聲光報警和報警彈圖。
報警設定器選用美國的多路輸出報警輸出控制器，該設備運行可靠，維護量小，運行時間長。
3、控制系統(tǒng)硬件設計
3.1、硬件配置
壓縮機裝置的控制系統(tǒng)主要組成部分：2臺服務器（又叫控制站，冗余配置），2臺操作員站（其中一套兼做工程師站），現(xiàn)場控制站，通訊站，1臺打印機。
系統(tǒng)的網(wǎng)絡拓圖見下圖：
3.2、報警設定器
這是本次壓縮機自動化改造的成功之處。報警設定器選用美國的多路輸出報警控制器，該設備采用最新的數(shù)字技術和微處理器對現(xiàn)場來的信號進行報警，有單通道和雙通道兩種形式，同時可輸出模擬信號。報警設定器面板上有自診斷指示和輸出指示燈，隨時監(jiān)視每個通道的工作狀態(tài)。該設備模塊化設計，運行可靠，維護量小。
壓縮機的連鎖停機控制很重要，用報警設定器代替原有電氣控制柜電-Ⅱ型儀表，改為低電壓（24V）控制，在新的電氣控制柜中增加24V繼電器，控制壓縮機的運行；利用報警設定器的模擬輸出既保證信號的采集，又能完成壓縮機的報警保護。在正常情況下，一旦壓縮機運行，就不要求停機。報警設定器可解決在計算機出現(xiàn)故障或需要維護系統(tǒng)時，不停機控制壓縮機的運行。這樣即使在自控系統(tǒng)或計算機停止運行時，壓縮機也能正常運行，減少了壓縮機停機時間。
報警設定控制回路圖如下：
4、系統(tǒng)的應用效果與分析
河口采油廠聯(lián)合站，如首站、大北站的壓縮機控制采用DCS改造后，壓縮機運行穩(wěn)定，工人勞動強度低，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)實時采集、許算和統(tǒng)計，大大提高了壓縮機故障處理的及時性、準確性，提高了工作效率和管理水平。同時壓縮機DCS自成系統(tǒng)，及可以單獨控制，又可以連在聯(lián)合站的大系統(tǒng)中，為聯(lián)合站的自動化改造提供了可靠基礎。
5、結束語
壓縮機裝置對原油資源的高效處理，既節(jié)約了資源，又最大限度地減少了對大氣環(huán)境的污染，做到了社會效益、經(jīng)濟效益、環(huán)境效益三效益的協(xié)調統(tǒng)一。采用DCS集散控制系統(tǒng)后，隨著產(chǎn)品質量的提高，極大地拓展了企業(yè)的盈利空間，進一步增強了企業(yè)的市場競爭能力，促進了企業(yè)在技術與管理方面走上一個嶄新的高度。 DCS控制系統(tǒng)的優(yōu)勢，在于可以靈活簡便的實現(xiàn)多種控制方案，DCS系統(tǒng)在壓縮機生產(chǎn)過程中的應用，是油田穩(wěn)定系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。隨著自動化技術的不斷發(fā)展和完善，成本大幅度下降，可靠性不斷提高，壓縮機采用DCS控制系統(tǒng)控制，就可實現(xiàn)生產(chǎn)過程中的快速、準確、平穩(wěn)和可靠的操作，達到提高效率，節(jié)約能源的目的。
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